低成本烟气脱硝催化剂的制备与应用技术研究

摘要

氮氧化物NOx是造成酸雨、温室效应、光化学烟雾等全球性环境问题的主要大气污染物之一，也是我国生态文明建设的重点和难点。氨气选择性催化还原技术（NH3-SCR）以其较高的脱硝效率已经广泛应用于燃煤电厂、工业锅炉、柴油车尾气等NOx的脱除。其中，挤出成型V2O5-WO3(MoO3)/TiO2蜂窝催化剂广泛应用于电力行业，其温度窗口在300-400℃，具有良好的抗硫抗水中毒稳定性。由于传统商业钒钨钛脱硝催化剂存在脱硝活性温度高、原料成本高以及V2O5剧毒性等弊端，因此开发活性高、成本低、无毒无害的适合典型工业燃烧烟气的脱硝催化剂及其应用技术成为当前国内脱硝领域研究的热点和难点。目前，降低SCR脱硝催化剂成本的主要方法通常是采用涂覆催化剂的制备工艺减少活性催化剂的用量，或是采用廉价的催化剂原料。
　　首先针对中小型工业燃烧烟气低尘、低温的特点，开发低成本的涂覆型蜂窝体低温脱硝催化剂能显著地降低脱硝工程投入，具有重要的工业应用价值。本文在分步浸渍法制备 V2O5(4wt.％)-MoO3(4wt.%)-WO3(5wt.%)/TiO2低温粉末脱硝催化剂的基础上，通过打浆分散与粘结剂添加制备催化剂浆料，以廉价载体为基质制备成表面涂覆型蜂窝催化剂。通过优选粘结剂制备涂覆蜂窝体催化剂，涂层厚度达到110μm时，可获得与100%成型蜂窝体相近的脱硝活性，抗硫抗水中毒稳定性测试超过100 h，且耐磨性达到应用要求，活性粉末催化剂用量仅为挤出型催化剂的12.8%，显著降低了催化剂的成本。该涂覆型催化剂在1万方烟气量的玻璃窑炉脱硝性能中试中，入口烟气NOx浓度2800 mg/Nm3，温度240-300℃，空速7150 h-1条件下，稳定运行超过1100 h，脱硝率达到80%， NH3逃逸量＜3 ppm，达到玻璃行业烟气污染物排放标准。
　　其次，本着“以废治废”理念，探索以赤泥为原料制备铁基金属氧化物脱硝催化剂，考察其脱硝性能及应用可能性。催化剂结构表征（XRF，XRD，SEM， TEM，BET，TG，XPS）揭示了酸处理以及水洗能够去除赤泥原料中的碱/碱土金属，同时增强赤泥颗粒分布的均匀性，二者均能提高催化剂的脱硝活性。经硫化作用后，催化剂产生更多的酸性硫酸铁活性物种，其NO转化率在400℃以上从80%升至100%且具备优异的抗硫抗水性能。通过对H2-TPR，NH3-TPD以及原位漫反射傅里叶红外光谱的分析，发现赤泥催化剂上的NH3-SCR反应遵循E-R反应机理，且NH3吸附反应为该催化反应的控制步骤，同时进一步揭示了碱金属元素，SO2和H2O对赤泥催化剂活性位点吸附性能及反应特性的影响。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 氮氧化物的来源与危害

1.2 氮氧化物的排放控制

1.3 低成本SCR脱硝催化剂的研究进展

1.4 赤泥简介

1.5 本课题研究目的与内容

第2章 催化剂的研究方法与评价装置

2.1 实验原料与仪器设备

2.2 催化剂活性评价装置

2.3 催化剂的表征方法与评价参数

第3章V2O5-WO3/TiO2脱硝催化剂的低成本化制备工艺

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 粉末脱硝催化剂结构表征结果

3.4 粉末催化剂的催化活性

3.5 涂覆蜂窝体催化剂制备工艺优化及活性评价

3.6 玻璃窑炉烟气脱硝中试验证

3.7 本章小结

第4章 赤泥高值化制备脱硝催化剂

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 赤泥催化剂的脱硝活性及稳定性

4.4 赤泥脱硝催化剂的组成与结构分析

4.6 In situ DRIFTs 分析

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 本论文的创新点

5.3 展望

参考文献

致谢

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